Epitaxialskiktet är en specifik enkristallfilm som odlas på wafern genom epitaxiella processer, och substratwafern och epitaxialfilmen kallas epitaxial wafer. Genom att odla det epitaxiella kiselkarbidskiktet på det ledande kiselkarbidsubstratet, kan den homogena epitaxiella kiselkarbidskivan ytterligare förberedas till Schottky-dioder, MOSFETs, IGBTs och andra kraftenheter, bland vilka 4H-SiC-substratet är det vanligaste.
På grund av den olika tillverkningsprocessen för kiselkarbidkraftenhet och traditionell kiselkraftenhet kan den inte tillverkas direkt på enkristallmaterial av kiselkarbid. Ytterligare högkvalitativa epitaxiella material måste odlas på det ledande enkristallsubstratet och olika enheter måste tillverkas på det epitaxiella lagret. Därför har kvaliteten på det epitaxiella lagret stor inverkan på enhetens prestanda. Förbättringen av prestanda hos olika kraftanordningar ställer också högre krav på tjockleken på epitaxialskiktet, dopningskoncentration och defekter.
FIKON. 1. Förhållandet mellan dopningskoncentration och tjockleken på epitaxialskiktet av unipolär enhet och blockeringsspänning
Beredningsmetoderna för SIC-epitaxialskikt inkluderar huvudsakligen förångningstillväxtmetod, vätskefas-epitaxiell tillväxt (LPE), molekylär strålepitaxial tillväxt (MBE) och kemisk ångdeposition (CVD). För närvarande är kemisk ångdeposition (CVD) den huvudsakliga metoden som används för storskalig produktion i fabriker.
| Beredningsmetod | Fördelar med processen | Nackdelar med processen |
|
Vätskefas epitaxiell tillväxt
(LPE)
|
Enkla utrustningskrav och billiga tillväxtmetoder. |
Det är svårt att kontrollera ytmorfologin hos det epitaxiella lagret. Utrustningen kan inte epitaxialisera flera wafers samtidigt, vilket begränsar massproduktionen. |
|
Molecular Beam Epitaxial Growth (MBE)
|
Olika epitaxiella SiC-kristallskikt kan odlas vid låga tillväxttemperaturer |
Utrustningsvakuumkraven är höga och kostsamma. Långsam tillväxthastighet av epitaxiallager |
|
Kemisk ångdeposition (CVD) |
Den viktigaste metoden för massproduktion i fabriker. Tillväxthastigheten kan kontrolleras exakt när man odlar tjocka epitaxiella lager. |
SiC epitaxiella lager har fortfarande olika defekter som påverkar enhetens egenskaper, så den epitaxiella tillväxtprocessen för SiC måste kontinuerligt optimeras.（TaCbehövs, se SemiceraTaC-produkt） |
|
Avdunstningstillväxtmetod
|
Med samma utrustning som SiC-kristalldragning skiljer sig processen något från kristalldragning. Mogen utrustning, låg kostnad |
Ojämn avdunstning av SiC gör det svårt att utnyttja dess förångning för att odla högkvalitativa epitaxiella lager |
FIKON. 2. Jämförelse av huvudsakliga beredningsmetoder för epitaxialskikt
På det off-axliga {0001}-substratet med en viss lutningsvinkel, som visas i figur 2(b), är densiteten på stegytan större och storleken på stegytan mindre, och kristallkärnbildning är inte lätt att förekommer på stegytan, men förekommer oftare vid stegets sammanfogningspunkt. I det här fallet finns det bara en kärnbildande nyckel. Därför kan det epitaxiella skiktet perfekt replikera substratets staplingsordning, vilket eliminerar problemet med samexistens av flera typer.
FIKON. 3. Fysiskt processdiagram av 4H-SiC stegkontroll epitaximetod
FIKON. 4. Kritiska förhållanden för CVD-tillväxt med 4H-SiC stegkontrollerad epitaximetod
FIKON. 5. Jämförelse av tillväxthastigheter under olika kiselkällor i 4H-SiC epitaxi
För närvarande är kiselkarbidepitaxiteknologin relativt mogen i låg- och medelspänningstillämpningar (som 1200 volt-enheter). Tjocklekslikformigheten, dopningskoncentrationens likformighet och defektfördelningen av epitaxialskiktet kan nå en relativt god nivå, vilket i princip kan möta behoven hos mellan- och lågspännings-SBD (Schottky-diod), MOS (metalloxidhalvledarfälteffekttransistor), JBS ( kopplingsdiod) och andra enheter.
Men inom området för högt tryck behöver epitaxiella wafers fortfarande övervinna många utmaningar. Till exempel, för enheter som behöver tåla 10 000 volt, måste tjockleken på det epitaxiella lagret vara cirka 100 μm. Jämfört med lågspänningsanordningar är tjockleken på det epitaxiella skiktet och likformigheten i dopningskoncentrationen mycket olika, särskilt likformigheten i dopningskoncentrationen. Samtidigt kommer triangeldefekten i det epitaxiella lagret också att förstöra enhetens totala prestanda. I högspänningstillämpningar tenderar enhetstyper att använda bipolära enheter, som kräver en hög minoritetslivslängd i det epitaxiella lagret, så processen måste optimeras för att förbättra minoritetens livslängd.
För närvarande är den inhemska epitaxi huvudsakligen 4 tum och 6 tum, och andelen stor kiselkarbidepitax ökar år för år. Storleken på epitaxialskivan av kiselkarbid begränsas huvudsakligen av storleken på kiselkarbidsubstratet. För närvarande har 6-tums kiselkarbidsubstratet kommersialiserats, så kiselkarbidepitaxialen övergår gradvis från 4 tum till 6 tum. Med den kontinuerliga förbättringen av tekniken för beredning av kiselkarbidsubstrat och kapacitetsökning, minskar priset på kiselkarbidsubstrat gradvis. I sammansättningen av epitaxialplåtspriset står substratet för mer än 50% av kostnaden, så med nedgången av substratpriset förväntas även priset på kiselkarbidepitaxialplåt att minska.
Posttid: Jun-03-2024